鄭 律

（南通市地方海事局 南通226000）

引 言

海上浮式生產(chǎn)儲卸油船裝置（Floating Production Storage and Offloading，簡稱FPSO）不同于一般意義上的油船，它集生產(chǎn)、儲油及外輸?shù)榷喾N功能于一身，儼然是海上大型石油加工廠。［1］它一般通過單點(diǎn)系泊長期固定在海上油田，與水下采油裝置和穿梭油船組成一套完整的生產(chǎn)系統(tǒng)，是海上油田開發(fā)的重要工程設(shè)備，特別適用于早期生產(chǎn)和邊際油田的開發(fā)。［2］完整的FPSO主要由殼體、甲板、上層建筑設(shè)施、處理系統(tǒng)、系泊以及立管系統(tǒng)構(gòu)成，其殼體及甲板通?？刹捎脗鹘y(tǒng)造船工業(yè)技術(shù)來完成，而系泊及立管系統(tǒng)往往是FPSO 中的關(guān)鍵技術(shù)［3-5］。

本文基于水動力相關(guān)理論［6-8］，應(yīng)用AQWA計算軟件研究FPSO的水動力性能，并對不同水深系泊系統(tǒng)的靜力特性、船體運(yùn)動響應(yīng)以及錨鏈線強(qiáng)度進(jìn)行分析，總結(jié)了FPSO及其系泊系統(tǒng)的相關(guān)性能隨水深變化的規(guī)律。

1 計算模型

轉(zhuǎn)塔式FPSO共由12根系泊線組成，成4×3組合分布。每根系泊線分別由底部錨鏈、中間鋼纜、頂部錨鏈材料這三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系泊系統(tǒng)的基本模型

2 參數(shù)設(shè)定

2.1 環(huán)境參數(shù)設(shè)定

本文對環(huán)境載荷的設(shè)定采用的是墨西哥灣百年一遇的颶風(fēng)海況，分別選用914.4 m、1 800 m以及3 000 m三個典型水深情況下的FPSO及其系泊系統(tǒng)的性能進(jìn)行探討，具體參數(shù)見表1［9-10］。環(huán)境載荷作用方向示意圖見圖2。

表1 環(huán)境參數(shù)

圖2 風(fēng)、浪、流的作用方向

2.2 錨鏈線參數(shù)設(shè)定

按照系泊線的形狀系泊系統(tǒng)可以分為懸鏈線式系泊系統(tǒng)和張緊式系泊系統(tǒng)。

當(dāng)水深為914.4 m時，系泊系統(tǒng)采用懸鏈線式系泊方式即可。隨著水深的增加，系泊線的預(yù)張力也隨之增加，這時懸鏈線式系泊方式已經(jīng)不能滿足要求，所以在1 800 m和3 000 m時采用的是張緊式系泊系統(tǒng)［11-12］。

表2 914.4 m水深時的錨鏈線參數(shù)

表3 1 800 m水深時的錨鏈線參數(shù)

表4 3 000 m水深時的錨鏈線參數(shù)

3 不同水深系泊系統(tǒng)比較分析

3.1 不同水深系泊系統(tǒng)靜力特性曲線比較分析

在外力作用下，船體發(fā)生位移，使系泊線的形狀和位置發(fā)生改變，從而導(dǎo)致系泊線的張力發(fā)生變化，各個系泊線的張力差值就產(chǎn)生系泊系統(tǒng)的回復(fù)力，使船體重新回到平衡狀態(tài)。

沿X方向分別施加大小為20 m、40 m、60 m、80 m、90 m的位移，得到X方向上系泊外力隨縱蕩位移的變化曲線如圖3所示，可知縱蕩位移和系泊外力基本上呈線性關(guān)系。

圖3 不同水深時的縱蕩位移-系泊外力變化曲線

對比不同水深靜態(tài)曲線容易看出：

（1）在1 800 m和3 000 m水深時，F(xiàn)PSO系統(tǒng)的靜態(tài)運(yùn)動曲線都趨于線性，在相同位移的情況下，1 800 m水深時FPSO平臺的回復(fù)力大于3 000 m時平臺的回復(fù)力。

（2）從圖中可以看出，在相同位移的情況下，張緊式系泊方式系泊線的回復(fù)力要大于懸鏈線式系泊方式系泊線的回復(fù)力，可以進(jìn)一步推斷出采用張緊式系泊方式的FPSO比懸鏈線式系泊方式運(yùn)動更加穩(wěn)定一些。

3.2 不同水深時船體運(yùn)動響應(yīng)對比分析

對FPSO在上述特定風(fēng)浪流環(huán)境下，不同水深時FPSO的主要運(yùn)動情況如表5-表7。

表5 914.4 m水深時FPSO運(yùn)動情況

表6 1 800 m水深時FPSO運(yùn)動情況

表7 3 000 m水深時FPSO運(yùn)動情況

通過以上列表對比分析可得出以下結(jié)論：

（1）隨著水深的增加，F(xiàn)PSO的運(yùn)動加??；

（2）FPSO的縱蕩和橫蕩運(yùn)動急劇增加，其他運(yùn)動變化不大。

3.3 不同水深時錨泊線頂部張力對比分析

分析不同水深時FPSO的各根錨泊線所受張力情況時，錨鏈總共是4組，由于每組3條錨鏈所受張力情況相當(dāng)，所以在每組錨鏈中選出1條對比各水深情況下所受張力情況。

圖4僅用1號錨鏈所受張力的趨勢來表征1號、2號和3號這3條錨鏈的所受張力的趨勢。

圖4 1號錨鏈在各水深情況下所受張力情況對比

圖5僅用4號錨鏈所受張力的趨勢來表征4號、5號和6號這3條錨鏈的所受張力的趨勢。

圖5 4號錨鏈在各水深情況下所受張力情況對比

圖6僅用7號錨鏈所受張力的趨勢來表征7號、8號和9號這3條錨鏈的所受張力的趨勢。

圖7僅用10號錨鏈所受張力的趨勢來表征10號、11號和12號這3條錨鏈的所受張力的趨勢。

通過圖4-圖6的比較分析可知：隨著水深的增加，每根錨泊線所受的張力都增大；而從圖7中可以看出，雖然10號錨鏈張力最大值不是隨著水深增加而增加的，但通過最小值和平均值的比較可以看出，錨鏈所受的張力幾乎是隨著水深的增加而增大的。

圖6 7號錨鏈在各水深情況下所受張力情況對比

圖7 10號錨鏈在各水深情況下所受張力情況對比

4 結(jié) 論

本文主要對作業(yè)水深分別為914.4 m、1 800 m和3 000 m的FPSO及其系泊系統(tǒng)進(jìn)行極限海況計算分析，通過對比分析得到以下結(jié)論：

（1）在相同位移的情況下，張緊式系泊方式系泊線的回復(fù)力要大于懸鏈線式系泊方式系泊線的回復(fù)力，可以進(jìn)一步推斷出采用張緊式系泊方式的FPSO比懸鏈線式系泊方式運(yùn)動更加穩(wěn)定；

（2）隨著水深的增加，F(xiàn)PSO的運(yùn)動加劇，主要是縱蕩運(yùn)動和橫蕩運(yùn)動變化很大；

（3）隨著水深的增加，每根錨泊線所受的張力都增大。

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